Potvynių rizikos valdymas hidroelektrinėse Prancūzijoje

Saugus vandens išleidimas iš užtvankų potvynių ar gausių kritulių metu yra labai svarbus veiklos uždavinys. Ankstesnės tendencijos rodo, kad pietų Prancūzijoje kasdien iškrenta vis daugiau kritulių, o tai gali sukelti staigius potvynius. Tikimasi, kad ši tendencija išliks ir ateityje. Taip pat tikimasi, kad sniego ir ledyno tirpsmas ilgainiui paveiks užtvankos įtekėjimą ir ištekėjimą. Ledyno masės praradimas jau rodo nuoseklų pagreitį visoje Alpėse.

Užtvankų valdymo hidroelektrinėse uždavinys – užkirsti kelią užtvankų perpildymo poveikiui pasroviui esančioms bendruomenėms, turtui, žemės ūkiui ir ekosistemoms arba jį kuo labiau sumažinti, kartu apsaugant pačias užtvankas nuo veiklos sutrikimų ir kitos žalos. Kiekviena hidroelektrinės užtvanka kelia skirtingo lygio riziką, o PKW sistemų veiksmingumas kiekvienu atveju turi būti vertinamas atskirai.

PKW sistema buvo sukurta atsižvelgiant į EDF atnaujintus hidrologinius tyrimus, kurie parodė, kad ekstremalūs potvyniai, darantys įtaką hidroelektrinių užtvankoms, tampa vis dažnesni ir intensyvesni. PKW padeda pritaikyti užtvankų pajėgumą, kad jos galėtų susidoroti su klimato kaitos poveikiu, pvz., padidėjusiu kritulių kiekiu ir potvyniais. PKW sistemų tikslas – padidinti vandens (per)tekėjimo paviršiaus plotą. Tai padidina užtvankos išleidimo pajėgumą nekeičiant didžiausio rezervuaro lygio. Pagrindinė tokios technologijos nauda – apsaugoti hidroenergijos išteklius nuo žalos, kartu sumažinant veiklos išlaidas, palyginti su alternatyviomis vartų sistemomis. Kita nauda – sumažinti poveikį tolesniems naudotojams didelio kritulių kiekio metu, taip pat užtikrinti energijos tiekimo saugumą tokių įvykių metu mažinant veiklos sutrikimų skaičių.

Prancūzijos Overnės-Ronos-Alpių regiono Ardešo departamento Chassezac slėnis XX a. šeštajame dešimtmetyje buvo įvardytas kaip didelį potencialą turintis hidrologinis baseinas. Dėl to 1961–1970 m. buvo pastatytos penkios hidroelektrinės ir keturios hidroelektrinės. Vienos iš jų, Malarce užtvankos, aukštis yra 28,4 m, ilgis – 111 m, o išlaikymas – 2,3 hm³ (t. y. 2,3 mln. m³). Jis pradėjo veikti 1968 m. ir jo galia yra 16 MW.

Malarce užtvankos PKW buvo pavesta padidinti savo didžiausią išleidimo pajėgumą maždaug 600 m³/ s iki iš viso 4600 m³/ s. Kai užtvankos vandens lygis viršija lygį įleidimo rezervuaruose, vanduo automatiškai teka per PKW į išleidimo rezervuarus, kurie eina tiesiai į išsiliejimo kanalą ir pasroviui. Ši technologija suteikia galimybę pritaikyti užtvankas prie didėjančios potvynių rizikos, kurios tikimasi dėl klimato kaitos. Malarce užtvankos PKW padeda sumažinti brangiai kainuojančios žalos užtvankos infrastruktūrai ir pasroviui esančioms bendruomenėms riziką.

Yra keletas inžinerinių variantų, kaip valdyti užtvankos išsiliejimą. Labirinto išsiliejimo keliai gali būti įrengti tik tam tikrų tipų užtvankose ir paprastai turi būti įrengti ankstyviausiu užtvankos projektavimo etapu. Daugelyje esamų užtvankų, skirtų srautams valdyti, įrengtos izoliuotos sistemos. Tačiau perpildytos sistemos gali sugesti dėl per didelio potvynio. PKW dažnai yra veiksmingiausias potvynių rizikos valdymo būdas esamose užtvankose. PKW neturi maksimalaus pajėgumo, o užtikrina laisvą srautą. Todėl PKW gali valdyti daug didesnį srautą ir užtikrinti saugesnį sprendimą nei izoliuotos sistemos, su minimalia gedimo rizika ir lengvesne plaukiojančių šiukšlių evakuacija. Skirtingai nuo kitų srautų valdymo metodų, PKW taip pat padeda išvengti žmogaus klaidų, nes jiems nereikia žmogaus veiklos vykdytojų. Tai naudinga avarinėse situacijose, įskaitant staigius potvynius ir nuošliaužas, kurių metu darbuotojai negali patekti į svetainę.

Pagrindiniai PKW technologijos rinkos dalyviai Europoje yra Prancūzija, Šveicarija ir Belgija. EDF nepatentavo PKW sistemos. Vietoj to ji bendradarbiauja, kad dalytųsi PKW technologija ir įžvalgomis su kitais tarptautinės hidroenergetikos bendruomenės dalyviais. Iš tiesų, rodydami tarptautinį naujoviškos technologijos pripažinimą, keli kūrėjai visame pasaulyje (pvz., Alžyre, JAV ir Pietų Afrikoje) taip pat diegia PKW. 2015 m. EDF gavo Jungtinių Tautų bendrosios klimato kaitos konvencijos klimato sprendimų apdovanojimą prisitaikymo prie klimato kaitos tema.

Kadangi PKW sudaro nedidelę visos užtvankos dalį, ji neturi aiškaus poveikio, kuris būtų matomas suinteresuotiesiems subjektams ir NVO arba jų kritikuojamas. Todėl suinteresuotųjų šalių dalyvavimas paprastai nėra svarbi PKW įrengimo dalis. Vis dėlto, kaip ir visų pagrindinių civilinės inžinerijos projektų atveju, visos PKW laikosi griežtų poveikio aplinkai vertinimo procedūrų ir turi gauti vyriausybės pritarimą. Šios poveikio vertinimo procedūros ir patvirtinimai, pavyzdžiui, per CODERST, apima konsultacijas su NVO ir suinteresuotaisiais subjektais.

PKW buvo įgyvendintas įvairiuose hidroelektrinių objektuose visame pasaulyje. Šį platų paplitimą palengvino EDF sprendimas nepatentuoti šios technologijos. Pradinių kūrėjų, kurie šia technologija dalijosi su suinteresuotaisiais subjektais visoje hidroenergetikos bendruomenėje, bendradarbiavimo metodas yra vienas iš svarbiausių technologijos sėkmės veiksnių. PKW yra pigus ir lengvai montuojamas sprendimas, palyginti su kitomis perpildymo valdymo technologijomis, pvz., Gated sistemomis. Be to, PKW technologija yra patikima ir atspari, nes nereikia pilotuojamų operacijų ar didelės apimties techninės priežiūros. Galiausiai tai, kad pirmąją PKW pastatė EDF, gerai žinoma bendrovė, gerbiama hidroenergetikos sektoriuje, padėjo įtikinti kitus užtvankų savininkus įrengti PKW.

Problemos, susijusios su PKW, apima tam tikrų užtvankų vietų tinkamumą ir prieinamumą, ypač kalnuotuose regionuose. Be to, ilgas hidroenergetikos infrastruktūros tarnavimo laikas ir produktų ciklų trukmė reiškia, kad šiame sektoriuje naujų idėjų ir technologinių sprendimų plitimui reikia laiko. Galiausiai statyba užtvankų aikštelėse paprastai vyksta tik vasaros mėnesiais, o tai dar labiau apsunkina PKW įrengimą.

PKW kaina priklauso nuo esamos užtvankos struktūros, vietos ir vandens srauto masto. Užtvankos struktūros ir susijusios įrangos prieinamumas taip pat turi įtakos sąnaudoms. Priklausomai nuo užtvankos, gali būti daugiau ar mažiau brangu įdiegti tokius pakeitimus kaip PKW. PKW įrengimas gali kainuoti nuo 200 000 iki kelių milijonų eurų. Bet kuriuo atveju PKW gali būti ekonomiškai efektyvi ir sudaryti palyginti nedidelę visų užtvankos sąnaudų dalį. Paprastai nurodoma, kad PKW įrengimo išlaidos sudaro iki 30 proc. visų išlaidų. Nors dabartinė izoliuotos sistemos technologija turi būti valdoma rankiniu būdu ir reikalauja brangios reguliarios priežiūros, PKW nereikia darbo jėgos ir reikalinga tik maža arba nereikalinga priežiūra.

Prancūzijoje nėra teisinio įpareigojimo PKW atžvilgiu ir nesitikima, kad šioje srityje bus priimti teisės aktai. Technologijas turi įdiegti užtvankų savininkai. Tačiau geresnis potvynių valdymas hidroelektrinėse atitinka kai kuriuos Direktyvos 2007/60/EB dėl potvynių rizikos įvertinimo ir valdymo principus.

EDF sukūrė pirmąją PKW 2003–2005 m. prie Goulours užtvankos (Pyrenées kalnai). PKW įgyvendinimo laikas kiekvienu konkrečiu atveju skiriasi. Maži projektai gali užtrukti keletą mėnesių, o didesni projektai gali užtrukti keletą metų. Abiem atvejais apribojimai atsiranda dėl užtvankų statybos darbų sezoniškumo. Patvirtinimo laikas yra gana ilgas, apimantis preliminarų tyrimą, detalų projektą, konkursus, aplinkosaugos tyrimus ir valdžios institucijų patvirtinimą.

Sunku komentuoti šių investicijų trukmę, nes PKW technologija yra palyginti nauja, o eksploatacijos pabaiga dar nepasiekta. Tikimasi, kad tokių betoninių konstrukcijų, kaip PKW, eksploatavimo trukmė bus tokia pati kaip hidroelektrinių užtvankų ar kitų didelių civilinės inžinerijos projektų (t. y. 50–100 metų).

Francois Lemperiere
Initial innovator of the PKW system
E-mail: forms92@wanadoo.fr 
Tel.: +33 145344289

Ahmed Ouamane
Initial innovator of the PKW system
University of Biskra, Algeria
E-mail: a.ouamane@univ-biskra.dz 

Frederic Laugier
Dam Safety Engineer
Electricité de France (EDF)
E-mail: frederic.laugier@edf.fr  
Tel.: +33 479606245